宇宙是(shì)“人为制(zhì)造(zào)”的(de)？为何(hé)会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什(shén)么(me)？人类为(wèi)了寻(xún)找暗物质存在的证据，科学家们(men)在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行(xíng)了(le)超过50次的长期实验，但是却没有发(fā)现任何的有效证据。除了一个(gè)地方(fāng)，在1687年出版的自(zì)然哲学数学(xué)原理一书中，埃萨克牛顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体运动的规律。往后的(de)几百年来，当天文(wén)学家们(men)发现(xiàn)某些(xiē)天体运行轨道出现异常，不符合(hé)万(wàn)有引力定(dìng)律的时候，他们就会(huì)知道，周围一定(dìng)有未知的天体通过引力在(zài)摄(shè)动它的轨道(dào)。比(bǐ)如在(zài)1846年，奥本勒维(wéi)耶就通(tōng)过天王星运行轨道的异常，推算并且发现了(le)海王(wáng)星的存在。另外，哈雷彗星、冥(míng)王星的(de)发(fā)现都(dōu)是应用万有引力定律所取(qǔ)得重(zhòng)大天文(wén)成就的(de)例子。但(dàn)是这(zhè)些(xiē)发现(xiàn)都是在恒星系统的尺度(dù)当中(zhōng)，可当我们上升到星系(xì)或者(zhě)是星团的尺度，事情就(jiù)开始变(biàn3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子)得诡(guǐ)异了(le)。

1933年，瑞(ruì)士(shì)的(de)物理学(xué)家弗(fú)里茨兹威基正在研究和测(cè)量后(hòu)发星(xīng)系团的质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的巨大星系团，这(zhè)些(xiē)星(xīng)系被引力束缚(fù)在(zài)一起。测量星(xīng)系团的质(zhì)量(liàng)一般会(huì)使用到两种方法，当(dāng)两(liǎng)种(zhǒng)方法结果一致，就可以确定(dìng)其质量(liàng)的(de)范围。

第一种是获(huò)得其"光度学的质量"，需要的数据是测量各个星系的光度(dù)。

第二种是动力学质量的计算(suàn)，是利用光谱红移测量星系团中的各(gè)个星系相对于星系团(tuán)的(de)运动速度。当测量结果出来之后，兹威基彻底懵了，“动力学质量”竟(jìng)然是(shì)“光度学质量”的(de)400倍。这(zhè)意味着，后发(fā)座星系团有99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质(zhì)量并(bìng)不以(yǐ)可见光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到(dào)。最诡异的是，在测量速(sù)度(dù)的过(guò)程中(zhōng)，兹威基(jī)发现星(xīng)系团中很多星系(xì)的(de)速(sù)度比理论上要快(kuài)得多，按照(zhào)牛顿的运动学(xué)定律(lǜ)，仅靠这些可见星系的质量所产生(shēng)的引(yǐn)力是无(wú)法将(jiāng)它们束缚在星(xīng)系团内的，它(tā)们早就应该被(bèi)抛出星系团之(zhī)外了(le)，除(chú)非有一种神秘(mì)的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量来(lái)源于某种隐形的物质。

据此，兹(zī)维基提出了这样部(bù)分不可见的暗质，它不发(fā)散光、吸光、反(fǎn)射光(guāng)，但(dàn)是它们却占据着宇宙中绝大部分(fēn)的质量。只是当时(shí)的人们对这(zhè)样的一(yī)种说法不(bù)屑一顾。

直到40年之后(hòu)，“暗物质”这个词(cí)才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维(wéi)拉鲁宾和肯特(tè)福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理论上来说，距(jù)离中心越(yuè)远的(de)恒星在(zài)其(qí)轨道上的运行(xíng)速度就会(huì)越慢。但(dàn)是他们(men)观测的结果却让人感到不可思议(yì)。

随着与中心距离的(de)增加(jiā)，恒(héng)星(xīng)的(de)旋转(zhuǎn)速度几乎保持(chí)不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引力定律(lǜ)，在星(xīng)系当中如果(guǒ)没(méi)有足够大的质量来吸引(yǐn)它们，这些外(wài)围的恒星早就(jiù)被甩到宇宙当中了。基于这种现(xiàn)象，科学(xué)家们会(huì)使用(yòng)一(yī)种相(xiāng)对标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方(fāng)法(fǎ)就是测(cè)量星系当(dāng)中(zhōng)气体在X轴上(shàng)距离(lí)星系中心的距离，以及在Y轴上气体的旋转速度。如果出现异常的(de)结果，就认为是由暗物质的(de)力(lì)量进入其中。

于是(shì)科学家(jiā)们通(tōng)过射电(diàn)望远镜测(cè)量了距离星系中心更远距离的氢元(yuán)素，发现它(tā)们的(de)旋转速度并(bìng)不(bù)符合牛顿的力(lì)学定律。我们的太阳系(xì)也(yě)不例外，太阳系位于银河系的第三(sān)悬臂之上，距离银河系中心2.6万光(guāng)年，根据万有引(yǐn)力(lì)定律进行计算，太阳(yáng)系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米/秒，但实际上，太阳系正在以220千(qiān)米(mǐ)/秒的速度围绕银河系(xì)旋转，这个实际速(sù)度远远大于理论速度，那么产生以上这种向心加速度的原因很可能就是存在着一种(zhǒng)我们看不到的物(wù)质，是这些暗物质的引(yǐn)力效(xiào)应将(jiāng)星系聚(jù)集在了一起。

也是从这(zhè)时开(kāi)始，越来越多的研究人员开始相(xiāng)信(xìn)暗物质的存在。科学家根据星系外恒星轨道的速度，估算在星系当中(zhōng)暗物(wù)质的(de)质(zhì)量占整个星(xīng)系(xì)质量的85%。但是(shì)，暗(àn)物质并不是唯一可以解释这个现象的原因。在一项(xiàng)新的研究当中，科学家们发现，几乎没有(yǒu)引力(lì)效(xiào)应的遥远恒星之(zhī)间，也会出(chū)现(xiàn)速度上的微小(xiǎo)差异。另外，天文学(xué)家还发现了(le)一个反(fǎn)常的星系，叫做Agc114905。这(zhè)个(gè)星(xīng)系(xì)距离地(dì)球大约2.5亿光(guāng)年(nián)，大小和(hé)银河系(xì)不多，但是(shì)星系当中存在的(de)恒星数量却只有银河系的千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星(xīng)系必须存在暗物质，否则就(jiù)会分(fēn)崩离析。但(dàn)是科学家们(men)使用最先进的望远镜对(duì)其进行了40个小时的详细测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动(dòng)是(shì)可以用(yòng)正常的物(wù)质和力学(xué)定律来解释(shì)的。那么(me)又有人提出(chū)，也许(xǔ)该星系的暗物质，已经(jīng)被附近的(de)另一个大星系剥(bō)离了。奇怪的是(shì)，它的附近没有任何(hé)星系(xì)存在。造(zào)成这些现象的(de)除了暗(àn)物质的假说之外，另一种可(kě)能就是人类对引(yǐn)力(lì)的理解还不够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的工作(zuò)方(fāng)式是不同的(de)，这意味(wèi)着(zhe)在行星(xīng)系尺度(dù)中的天体(tǐ)会沿着它(tā)们的轨道(dào)，按照我们(men)所理解的(de)方式运动。但是上升到星系和(hé)星团(tuán)的尺度，引力之(zhī)间的相互作用则是不(bù)同的方式。对于在星系团之间的相互作用，科学(xué)家还引入了外部(bù)场效应的(de)概念(niàn)，指(zhǐ)的是在(zài)数百万(wàn)光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间(jiān)会产生对(duì)彼此特殊的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙德理论。如果MOND蒙德理(lǐ)论(lùn)成立，这意味着(zhe)我们需要(yào)对现在的物理(lǐ)定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现也(yě)让很多人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结。但(dàn)是在宇宙当中(zhōng)还有关于(yú)暗(àn)物质存在(zài)的其他的理论证(zhèng)据(jù)，这些(xiē)理(lǐ)论证据是蒙德理(lǐ)论所没法解释的(de)“引(yǐn)力透镜”。

径向距离为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由(yóu)两个碰撞的星(xīng)系团所组(zǔ)成，类似这(zhè)样的星团，它们(men)大部分的普(pǔ)通质(zhì)量都在星(xīng)系的气体(tǐ)当中(zhōng)。当星团以1000万公里/小时发生碰(pèng)撞的时候(hòu)，星际(jì)气体的相互作用就会导致温度的急(jí)剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰(pèng)撞之后，子弹(dàn)星系团大部分的质量将(jiāng)位于所有这些(xiē)气体所在的中(zhōng)间区域。那(nà)么我们通过什么来(lái)验证(zhèng)它的质量区域(yù)到底是不是集中在中间呢？前(qián)不久，詹姆(mǔ)斯韦伯太空望远镜传回了宇宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在照片中我(wǒ)们可以明(míng)显地看到很多星系似乎被(bèi)拉伸产生(shēng)了巨(jù)大(dà)的形(xíng)变。其实这些(xiē)星(xīng)系本身并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了什么问(wèn)题，而是这样(yàng)极遥远的天体和我们地球上(shàng)的(de)观测(cè)者之间(jiān)。被一(yī)个质量超级巨大3ce是什么档次，3ce是什么档次的牌子的天体遮(zhē)挡，这(zhè)个超大质量的东西的(de)引力，会(huì)使(shǐ)身后(hòu)更遥远星系的(de)光都发生(shēng)了扭曲(qū)。这(zhè)个现象就是引力透镜效(xiào)应。这(zhè)个巨大的天体可能(néng)是超(chāo)大(dà)质量的黑(hēi)洞或(huò)者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星系团观测的(de)时候(hòu)，发现它的(de)大质量区(qū)域(yù)并不(bù)是在中间，而是在两侧(cè)。所以最好的解(jiě)释方法就(jiù)是当星团(tuán)发(fā)生全部(bù)的碰撞时，可(kě)被(bèi)观测到(dào)的质量气体被卡在了中间，暗物(wù)质(zhì)则直接(jiē)通过了这个(gè)区域，并在(zài)两边形成了引力透镜。对子弹星系团的(de)引(yǐn)力透镜研究(jiū)也(yě)被(bèi)认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇宙当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于(yú)可以畅通无阻地穿越在(zài)宇宙当中(zhōng)了。经过了130多(duō)亿年之后(hòu)，这些(xiē)光在宇(yǔ)宙空间背景上留下了各(gè)相同性的微(wēi)波辐射。其(qí)中红色的部分表示(shì)温度较高(gāo)的区域，蓝色则(zé)表示相(xiāng)对较冷的区(qū)域，但(dàn)实(shí)际上它(tā)们之间的温差只有万(wàn)分之(zhī)一。

科(kē)学(xué)家们通过对(duì)前景(jǐng)背景分离后的(de)二值图(tú)像(xiàng)进(jìn)行连通域提取和标记(jì)之后发现，如果宇宙(zhòu)当中(zhōng)没(méi)有暗(àn)物质，图形看(kàn)起来(lái)不(bù)应该是这样的，而随着暗(àn)物质的(de)增(zēng)加，一些(xiē)峰值的幅(fú)度会减小，才变(biàn)得看(kàn)起来(lái)“和谐”。为了匹配宇宙微波背景(jǐng)辐射的测量值，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字(zì)与解释星(xīng)系当中恒星运动所(suǒ)需要的(de)暗物质比例是一致的。这(zhè)就(jiù)意味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论框架，就很好(hǎo)地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同(tóng)的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中存在着某种类(lèi)型(xíng)的(de)粒子，它们(men)不参与任何其他(tā)的电磁(cí)作用，只(zhǐ)通(tōng)过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存在，就相当(dāng)于找到了暗物(wù)质存在的实际证据。这种粒子(zi)到底是什么？科学家们已经提出了数(shù)十种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而(ér)要寻(xún)找这(zhè)些不同的目标粒(lì)子所需(xū)要的实验方(fāng)式也不相同。在过去的几十年(nián)当(dāng)中，人类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规物质相互(hù)作用的“暗(àn)物质(zhì)”，科学(xué)家们已经(jīng)进行了超(chāo)过50次的实(shí)验，却没有任何实质性的发(fā)现，除了一(yī)个地方(fāng)，意大(dà)利的格兰萨索(suǒ)山(shān)，隶(lì)属于阿尔卑斯(sī)山脉(mài)。

在(zài)山下1400米处的地下矿(kuàng)井当(dāng)中，藏(cáng)着地球上最大的地学实验(yàn)室，这个实(shí)验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的(de)探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物(wù)质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声称观测到了某种信号。经过了20多年的数(shù)据收集(jí)，人们发现了一个有趣的事情(qíng)。探测率会在(zài)每年(nián)的6月(yuè)份达到峰值(zhí)，然后(hòu)在(zài)11月(yuè)降(jiàng)到最(zuì)低，而(ér)且在(zài)20年当中每年都是一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗物质的第一个直接证(zhèng)据(jù)。

但是为什(shén)么暗物质(zhì)会产生(shēng)周期性的年(nián)度(dù)信号(hào)呢？刚才我们讲了(le)太(tài)阳系正在以220公里/秒的速度围绕着(zhe)银河系进行移动，那么如果暗物质(zhì)存(cún)在(zài)宇(yǔ)宙(zhòu)当中，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们也在以这样的(de)速度(dù)在穿越(yuè)着(zhe)暗物质流，这个过程中(zhōng)会产(chǎn)生相应的振荡，同时地球又以30公里/秒的速度围绕太阳进(jìn)行旋(xuán)转(zhuǎn)。所以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方向与太阳环绕银河系的(de)方向是一致(zhì)的，而另外半年则与之相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地(dì)球(qiú)与太(tài)阳的方向(xiàng)正好达到(dào)完全一(yī)致，这是(shì)理论上地球穿越暗物质流最快的时段。而在11月(yuè)份，又恰好达(dá)到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在实际的情况(kuàng)中，太阳系相对银(yín)河系(xì)的平面呈现(xiàn)了60度的倾斜(xié)，但(dàn)是(shì)这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因(yīn)此科学家认为这可以用来解释，研(yán)究人员们所观测(cè)到的周(zhōu)期性(xìng)信(xìn)号。当(dāng)然也可能有其他(tā)的情况，造(zào)成这种年度周(zhōu)期信号的差异也(yě)可(kě)能是温(wēn)度、湿(shī)度、土(tǔ)壤中的水分、高(gāo)山上(shàng)的(de)积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大利游客的(de)数量也符合这个周期的规(guī)律。

所以，科学家(jiā)们又在南(nán)半球建(jiàn)立了一个(gè)几乎相(xiāng)同(tóng)的(de)实验室(shì)，这里(lǐ)的(de)季(jì)节与之前的实验室正好(hǎo)相反(fǎn)，而在这里，地球(qiú)穿过暗物质(zhì)流(liú)的(de)运动(dòng)特征和(hé)第一个(gè)实验室是一样(yàng)的。

因此，如(rú)果在这里可以得到相同的(de)信号，就可(kě)以成(chéng)为暗(àn)物(wù)质所(suǒ)存在的(de)非常有力的证(zhèng)据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目(mù)前还无法提供相应的(de)数据支持。另外(wài)，在2025年，NASA将会发射一台(tái)新(xīn)的望远镜，这台太空(kōng)望远镜叫(jiào)做“南(nán)希格(gé)雷斯罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小跟哈勃望远镜相同(tóng)，但(dàn)它的宽视场仪器提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器(qì)的100倍。南希格雷斯罗曼太空望远镜其中一个关(guān)键(jiàn)的用途就是探索暗物质背后的奥秘，对于探(tàn)测的结果，我(wǒ)们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验(yàn)室(shì)粒子天体物理中心的科(kē)学家(jiā)丹琥珀和贾森斯特芬研(yán)究发现，如(rú)果暗(àn)物质存在，它们极有可能(néng)拥有另一种神秘的(de)效(xiào)应，这种暗物(wù)质效应，会支(zhī)持宇宙当中生命的诞生，或者说是(shì)生命进化(huà)的一(yī)个重要因素。

如(rú)果这一(yī)理论得到进一(yī)步(bù)的证实，那么遍布宇(yǔ)宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味着人(rén)类并不孤单呢(ne)？或许在(zài)宇宙(zhòu)当中某个角落的行星上，暗物质正在通(tōng)过这样的效应创(chuàng)造(zào)生(shēng)命。当(dāng)然，这(zhè)些推论(lùn)的大前提是要先找到暗物质存在的实际证据(jù)。那么小伙伴们，你(nǐ)们觉得暗物质到(dào)底存不存在呢？喜(xǐ)欢请点赞，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动(dòng)力！

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